Logowanie do System sprawozdań KDM

Uogólnione funkcje rozkładu partonów z chromodynamiki kwantowej na sieci

Kierownik projektu: Krzysztof Cichy

Uniwersytet im. Adama Mickiewicza

Wydział Fizyki

Poznań

Streszczenie projektu

Projekt osadzony jest w ramach szerokiej kolaboracji fizyków zajmujących się chromodynamiką kwantową na sieci i wykorzystujących tzw. fermiony twisted mass, Extended Twisted Mass Collaboration (ETMC) i w ramach przyznanego przez Narodowe Centrum Nauki (NCN) 5-letniego grantu SONATA BIS nr 2016/22/E/ST2/00013 Struktura wewnętrzna nukleonów z chromodynamiki kwantowej na sieci z fermionami twisted mass.

Problem, którego próba rozwiązania zostanie podjęta w projekcie, dotyczy podstawowych własności fundamentalnych składników materii, protonów i neutronów (kolektywnie nazywanych nukleonami). Oddziaływania kwarków (zwane silnymi), cząstek elementarnych tworzących nukleony, poprzez wymianę gluonów, opisywane są przez chromodynamikę kwantową (QCD). Stała sprzężenia QCD jest zależna od energii oddziałującego układu lub, równoważnie, od odległości między cząstkami. Przy wysokich energiach (na małych odległościach), stała ta przyjmuje niewielką wartość i oddziaływania mogą być opisane za pomocą rachunku zaburzeń, podobnie jak w elektrodynamice kwantowej. Jednakże, przy niskich energiach (dużych odległościach), stała sprzężenia QCD staje się duża i metody perturbacyjne zawodzą. Choć możliwe jest fenomenologiczne modelowanie zjawisk zachodzących w tym reżimie QCD, jedyną znaną metodą umożliwiającą uzyskiwanie ilościowych przewidywań z pierwszych zasad jest sformułowanie QCD na sieci (Lattice QCD (LQCD)) i obliczenie odpowiednich całek po trajektoriach za pomocą symulacji numerycznych z wykorzystaniem metod Monte Carlo.

Głównym celem naukowym projektu jest lepsze zrozumienie wewnętrznej struktury nukleonów za pomocą takich właśnie numerycznych metod LQCD, z użyciem tzw. dyskretyzacji twisted mass fermionów. Podstawowymi obiektami wyrażającymi naszą wiedzę dotyczącą struktury hadronów są funkcje rozkładu partonów (parton distribution functions, PDFy) i uogólnione funkcje rozkładu (generalized parton distributions, GPD). Funkcje te otrzymywane są poprzez fitowanie danych eksperymentalnych, z wykorzystaniem pewnych założeń modelowych. Jednakże, niezwykle pożądane byłoby ich obliczenie z pierwszych zasad. Ze względu na wysoce nieperturbacyjną naturę PDFów, jest to możliwe w zasadzie jedynie z użyciem metod LQCD.

Problem obliczenia PDFów i GPD na sieci jest jednym z najważniejszych wyzwań LQCD. W serii prac w latach 2015-2019 [1] , badaliśmy zaproponowane przez X. Ji w 2013 roku [2] podejście quasirozkładów, z których w wyniku zastosowania procedury tzw. matchingu wyznaczyć można fizyczne PDFy. Pokazaliśmy, że podejście to rzeczywiście pozwala na uzyskanie PDFów, ale konieczne są dalsze badania umożliwiające oszacowanie i wyeliminowanie efektów systematycznych. W proponowanym projekcie, chcemy zbadać uogólnienie tej metody do wyznaczania GPD, opisujących trójwymiarową strukturę nukleonu, i eksploracja tego podejścia naszym głównym celem. W dłuższym okresie, pozwoli na lepsze zrozumienie wewnętrznej struktury nukleonów i m. in. na zmniejszenie niepewności teoretycznych związanych z analizą danych w eksperymentach akceleratorowych, np. w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC).